桥梁工程毕业设计（论文）-知遇桥两阶段施工图设计.doc

本科生毕业设计 目 录 摘要.I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 选题的目的及意义.1 1.2 国内外研究状况.1 1.3 工程概况.2 1.4 技术标准和设计依据.2 1.4.1 技术标准.2 1.4.2 设计依据.2 1.5 结构形式.2 1.6 主要材料规格.2 1.7 施工要点.3 1.7.1 上部结构施工要点.3 1.7.2 下部结构施工要点.4 第 2 章 水文计算.5 2.1 水面宽度及过水面积的计算.5 2.2 流量及流速的计算.6 2.3 桥孔长度计算.7 2.3.1 桥孔长度的确定.7 2.3.2 桥墩中心桩号的确定.7 2.4 桥面中心最低标高的确定.7 2.5 桥梁冲刷计算.7 2.5.1 一般冲刷深度计算.8 2.5.2 局部冲刷深度计算.10 2.6 本章小结.11 第 3 章 上部结构一般设计.12 3.1 设计资料及构造布置.12 3.1.1 设计资料.12 本科生毕业设计 3.1.2 横截面布置.12 3.1.3 主梁主要截面几何特性计算.13 3.2 主梁内力计算.16 3.2.1 恒载内力计算.16 3.2.2 活载内力计算.18 3.2.3 主梁内力组合.33 3.3 配筋计算.35 3.3.1 预应力钢筋数量的确定及布置.35 3.3.2 普通钢筋数量的确定及布置.38 3.4 各阶段截面几何性质计算.38 3.5 截面承载能力极限状态计算.40 3.5.1 跨中截面正截面承载力计算.40 3.5.2 斜截面抗剪承载力计算.41 3.6 预应力损失计算.44 3.6.1 钢束应力损失.44 3.6.2 预应力损失值组合.50 3.7 正常使用极限状态计算.50 3.7.1 抗裂性验算.50 3.7.2 变形计算.54 3.8 持久状况的主应力验算.56 3.8.1 跨中截面混凝土法向正应力验算.56 3.8.2 跨中截面预应力钢筋拉应力验算.57 3.8.3 斜截面主应力验算.57 3.9 短暂状态应力验算.59 3.10 本章小结.59 第 4 章 下部结构设计.60 4.1 桥梁墩台尺寸拟定.60 4.1.1 盖梁顶端标高的确定.60 4.1.2 承台标高的确定.60 4.2 承台底面形心荷载计算.61 4.2.1 3 号墩恒载计算.61 4.2.2 3 号墩汽车荷载支反力计算.62 本科生毕业设计 4.2.3 3 号墩制动力计算.62 4.2.4 3 号墩承台底面形心恒载汇总.62 4.3 桩顶荷载计算.62 4.3.1 桩的计算宽度 1 b的确定.62 4.3.2 桩的变形系数的确定.63 4.3.3 桩顶刚度系数 14 的计算.63 4.3.4 承台底面形心位移 0 a、 0 b、 0 的计算.64 4.3.5 桩顶荷载 i P、 i Q、 i W 的计算.65 4.4 桩长计算.65 4.5 本章小结.67 第 5 章 施工方法.68 5.1 桥梁的基础施工.68 5.1.1 施工步骤.68 5.1.2 施工工艺.68 5.1.3 注意事项.68 5.2 桥梁墩台的施工.69 5.3 装配式 T 梁的预制.69 5.3.1 预应力筋的制备.69 5.3.2 预应力筋的张拉.69 5.3.3 孔道压浆.70 5.4 预应力混凝土梁的运输和安装.70 5.4.1 预应力混凝土梁的运输.70 5.4.2 预应力混凝土梁的安装.70 5.5 桥面系施工.71 5.5.1 桥面铺装施工.71 5.5.2 护栏施工.71 5.5.3 伸缩缝和泄水管.71 5.6 本章小结.71 结论.72 本科生毕业设计 参考文献.73 致谢.74 本科生毕业设计 I 摘 要 本设计为知遇桥两阶段施工图设计，所涉及的桥梁位于黑龙江省西部齐齐哈尔市 境内，跨越乌裕尔河支流流域，连接着扎龙与二龙山。桥梁全长 192.94m，桥面净空 值为 2（12.5+20.5)m，公路等级为一级，设计荷载为公路级。桥梁上部结构采用 36.5m 装配式预应力混凝土简支 T 梁，下部结构采用双柱式桥墩，肋板式桥台，基础 采用桩基础。 本设计包括四大部分:第一部分为水文计算，包括确定桥面中心最低标高，桥孔 最小计算净长，桥梁分孔各墩台的中心桩号及冲刷计算；第二部分为上部结构设计， 包括截面尺寸拟定，主梁内力计算及组合，预应力钢束的估算及布置，预应力损失及 校核；第三部分为下部结构设计，包括墩台尺寸的拟定，桩长的计算及验算；第四部 分为施工方案的设计与选择。 本设计经过验算，均满足要求，施工工艺合理，设计可行。 关键词： 预应力混凝土；简支 T 梁；双柱式桥墩；肋板式桥台；桩基础 本科生毕业设计 II ABSTRACT The design for the two stages ZhiYu bridge construction drawing design, bridge length 182.5 m. The bridge structure 36.5 m fabricated prestressed concrete simply-supported T beam, bridge for 2（12.5+20.5) meter benches, the highway grade 1, the truck load of this design is load class-1. The double column type pier, ribbed plate type abutment, pile foundation. This design includes four parts, the first part for hydrological computation, including determine the lowest elevation, QiaoKong deck center, bridge calculating minimum net each pier hole of the center portion, and scouring calculation; The second part is the upper structure design, including the section size, the main force calculation and combination of prestressing tendons, estimating and arrangement, the loss of prestress and check; The third part is the bottom structure design, including the abutment size, length of calculation and checking; the fourth part of the design and construction scheme. After checking the design, construction technology, the reasonable requirements, design is feasible. Keywords: The prestressed concrete; Simply-supported T beam; Double column type pier; Pile foundation 本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题的目的及意义 本设计所涉及的桥梁知遇桥位于黑龙江省西部齐齐哈尔市境内，跨越乌裕尔河支 流，连接扎龙与二龙山。气候属中温带大陆性季风气候，四季分明，冬长夏短。年降 水 428 毫米，1 月均温25.7，7 月均温 22.8，年平均气温 3.1。设计等级为 公路一级。该桥的建设，为我省村村通工程的统一部署。将使当地的交通更加方便快 捷，有利于两岸的经济、文化等方面的交流，给当地以及周边辐射地区的经济发展和 人民生活带来极大的便利，对促进经济发展、改善人民群众物质和文化生活起到积极 作用。 通过该桥梁设计，使我能够正确分析现有的桥位水文、地质、气候等自然条件， 根据道路等级、荷载等级、桥面净宽、航道等级等设计技术标准1，结合施工队伍技 术力量和设备条件，独立查阅、应用中外文献资料，正确使用公路桥涵设计规范进行 设计计算，熟练绘制桥梁施工图并撰写设计说明书，从而达到独立完成一般桥梁设计 的目的。 1.2 国内外研究状况 现代桥梁发展历史悠久，从 18 世纪后期算起已经历了 200 余年。随着桥梁所用 材料的不断进步,跨度从不足百米到逼近 2000m1。从我国已建成的预应力混凝土桥 梁来看,大多都采用 C40、C50 混凝土,进而采用减水剂等添加剂制备塑性混凝土,并 发展了泵送混凝土工艺2。随着桥梁跨度的增加,为减少桥梁结构的自重,混凝土逐渐 向高强，轻质方向发展。日本早在 70 年代采用 C80 混凝土修建了几座单孔跨径为 45m 的简支预应力混凝土铁路桥,后来德国在主跨为 136m 的富林格尔桥上采用了轻 质混凝土。国外目前在高强，轻质混凝土方面已经有所成就。如孟买的第二勃溪大桥,是 一座主跨为 114.7m 的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥3。由孟买国家大桥试验中心 研制成功的 C60 微硅粉高强混凝土首次在该桥主梁浇注使用。作为混凝土的改性材 料,微硅粉高强混凝土具有易浇注，整体密实，长期稳定及强度高等特点,可提高建筑 的内在质量,在桥梁建筑市场上具有极大的推广应用价值。 为适应我国经济的发展,缓解交通问题给人们生产生活带来的不便,预应力混凝土 结构的应用范围将更加广阔,因此我们应加强提高预应力技术水平的科研工作。和发 达国家相比,我们预应力混凝土工程的研究相对落后。凭借我们已有的强大队伍,和一 本科生毕业设计 2 些单位在预应力技术推广应用中的创收实力完全可以承担和完成这项重要的科研任务。 同时,设计和施工的分离也是影响我国预应力混凝土结构迅速发展的因素之一。简支 梁桥结构简单，施工方便，且对地基承载力的要求也不高，是目前公路上应用最广泛 的桥型之一4。因此有必要成立大型强而有力的预应力混凝土工程公司,承担重大预 应力混凝土工程,并担负新技术开发研究,并做好与设计和施工之间的联系,以提高我 国的预应力技术水平。 1.3 工程概况 桥位河段为乌裕尔河支流，地处松嫩平原西部，地域平坦辽阔。桥位附近河道顺 直，河床稳定。河床土质自上而下依次为黏性土、砂夹黏土、粗砂、密实黏性土，河 床比降 0.16。本桥梁上部结构采用预应力混凝土简支 T 梁，下部结构采用双柱式 桥墩，肋板式桥台，基础采用桩基础。 1.4 技术标准和设计依据 1.4.1 技术标准 （1） 公路工程水文勘测设计规范 （JTG C30-2002） （2） 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004) （3） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTJ D62-2004） （4） 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTGD 63-2007） （5） 公路桥涵施工技术规范 （JTJ041-2000） （6）公路桥涵现行标准图 1.4.2 设计依据 桥面净空：2（12.5+20.5) m 设计荷载：公路级 设计水位：H=157.0m 1.5 结构形式 上部结构采用装配式预应力混凝土简支 T 梁。下部采用双柱式桥墩，肋板式桥 台，桩基础。 1.6 主要材料规格 主要材料规格见表 1.1 所示5。 表 1.1 材料规格表 名称类型（等级）项目取值 本科生毕业设计 3 抗压强度标准值 =32.4MPa ck f 抗压强度设计值 =22.4MPa cd f 抗拉强度标准值 =2.65MPa tk f 抗拉强度设计值 =1.83MPa td f C50 弹性模量 =3.45MPa c E 4 10 抗压强度标准值 =26.8MPa ck f 抗压强度设计值 =18.4MPa cd f 抗拉强度标准值 =2.40MPa tk f 抗拉强度设计值 =1.65MPa td f 混凝土 C40 弹性模量 =3.25MPa c E 4 10 抗拉强度标准值 =335Mpa sk f 抗拉强度设计值 =280Mpa sd f HRB335 弹性模量 =2.0Mpa s E 5 10 抗拉强度标准值 =400Mpa sk f 抗拉强度设计值 =330Mpa sd f 非预应力钢筋 HRB400 弹性模量 =2.0Mpa s E 5 10 抗拉强度标准值 =1860Mpa pk f 抗拉强度设计值 =1260Mpa pd f 预应力钢绞线 2 . 15 j 弹性模量 =1.95Mpa c E 5 10 1.7 施工要点 1.7.1 上部结构施工要点 上部结构施工要点主要体现在主梁预应力钢束的张拉和预应力混凝土梁的装配两 个方面，其中主梁预应力张拉时应注意以下几个问题： （1）张拉应力的控制，控制好初张拉的应力，其值不得大于钢绞线抗拉强度的 75%。 （2）张拉顺序必须合理，防止梁体由于不当受弯而开裂。 （3）张拉系统使用前应进行标定。 （4）张拉前应检查张拉系统安全可靠，张拉时应有安全措施，张拉千斤顶后严 禁站人。 本科生毕业设计 4 预应力混凝土梁在装配时应注意合理选择混凝土梁的架设方法，根据本设计所涉 及的河床情况及水文特征选用跨墩门式吊车架桥。 1.7.2 下部结构施工要点 下部结构施工要点主要体现在钻孔灌注桩基础的施工，钻孔灌注桩基础施工时应 注意： （1）设置护筒，防止孔壁坍塌。 （2）制备泥浆，泥浆稠度应根据地层变化或操作要求灵活掌握，泥浆不易太稀 和太稠。 （3）混凝土灌注必须连续作业，一气呵成，灌注过程中随时测量和记录孔内混 凝土标高和导管入孔长度，提管时保证导管埋入混凝土 35m 的深度。 （4）灌注桩顶标高应比设计值预加一定的高度，此范围浮浆混凝土应凿除。 （5）水下混凝土强度应不低于设计强度。 本科生毕业设计 5 第 2 章 水文计算 2.1 水面宽度及过水面积的计算 已知河床设计水位，河床横断面计算情况见表 2.1。157.0 s hm 表 2.1 河床横断面计算表 位 置 桩号 （m） 河床标 高（m） 水深 （m ） 累计面积 （） 合计 平均水 深 （m） 水面宽 度 （m） 湿周 （m） 过水面 积（） 288.415705.4 0.2521.621.615.4 310156.50.523.7 118.318.3318.3 328.3155.51.596.15 1.7541.441.472.45 左 滩 369.71552135.63 2.814.114.1939.48 2 135.63m 95.525m tz tz 383.8153.43.6271.35 4.3531.231.24135.72 415151.95.1423.19 5.229.229.2151.84 444.2151.75.3484.21 5.6510.810.8261.02 4551516659.59 5.7530.530.5175.38 486.5151.55.5885.32 5.0544.744.7225.74 531.2152.44.6952.97 3.320.520.6767.65 河 槽 551.71552992.22 1.2531.431.4439.25 2 856.59m 198.573m 0.025 c c n 583.1156.50.51002.51 0.3529.429.410.29 612.5156.80.21015.74 0.1588.288.213.23 700.7156.90.11025.54 右 滩 720.31570 0.519.619.69.8 2 33.32m 137.202m ty ty 本科生毕业设计 6 本科生毕业设计 7 2.2 流量及流速的计算 由公式 （2.1）R （2.2） 21 32 1 V =Ri n （2.3）QV 式中：湿周； 粗糙系数，取；n 1 40 n 水力半径；R 水力坡度，取 0.016%；i 过水面积。 得： 左滩： m 135.63 1.42 95.525 tz tz tz R m/s 2 1 3 2 40 1.420.016%0.639 21 32 tz 1 V =Ri n 135.63 0.63986.7 tztztz QV 3 m /s 河槽： 856.59 4.314m 198.573 c c c R 2 1 3 2 40 4.3140.016%1.34m/s 21 32 c 1 V =Ri n 3 856.59 1.341148.54m /s ccc QV 右滩： 33.32 0.243m 137.202 ty ty ty R 2 1 3 2 40 0.2430.016%0.197m/s 21 32 ty 1 V =Ri n 本科生毕业设计 8 3 33.32 0.1976.56m /s tytyty QV 综上，全断面设计流量 3 1241.8m /s ptzcty Q =Q +Q +Q 2.3 桥孔长度计算 2.3.1 桥孔长度的确定 桥孔长度的计算根据我国公路桥梁最小桥孔净长度的计算公式（2.4）计算7 j L 。 （2.4） 3 n p jqc c Q L = kB Q 式中： 桥孔最小净长度； j Lm 设计流量； p Q 3 m /s 设计水位下，天然河槽流量； c Q 3 m /s 天然河槽宽度； c Bm 系数和指数8；查表得，。 ,3q k n0.84 q k 3 0.90n 所以， 0.90 1241.8 0.84182164.00m 1148.54 3 n p jqc c Q LkB Q 2.3.2 桥墩中心桩号的确定 前面已求得最小桥孔净长为 164m，设计标准跨径为 36.5m,桥墩直径拟定为 1.8m，故桥梁孔数 n 取孔。5n 则成桥后桥下净长： 5 36.5 1.8 4175.3 jj LL 各桥台中心桩号见表 2.2 表 2.2 桥台中心桩号表 0 号台1 号墩2 号墩3 号墩4 号墩5 号台 K136+372.46405.7442.2478.7515.2548.44 本科生毕业设计 9 2.4 桥面中心最低标高的确定 该河段为不通航河段，根据设计水位按公式（2.5）计算桥面高程。 min H （2.5） minpjD HHhhh 式中： 设计水位； p H 桥下净空安全值，取 0.5m； j h 桥梁上部结构建筑高度，包括桥面铺， ； D h2.40.182.58m D h 壅水高度，取 h0.25mh 所以，桥面中心最低标高: min 157.00.250.52.58160.33mH 2.5 桥梁冲刷计算桥梁冲刷计算 2.5.1 一般冲刷深度计算 桥梁一般冲刷深度由公式（2.6）计算。 p h （2.6） 0.66 0.9 2 1.04() 1 c pdcm ccq BQ hAh QB 式中： 桥下一般冲刷后的最大水深（） ； p hm 桥下河槽部分通过的设计流量（） ； 2 Q 3 m /s 当桥下河槽能扩宽至全桥时，； 3 2 1241.8m /s p QQ 天然状态下河槽部分的设计流量（） ； c Q 3 m /s 天然河槽宽度；取； c B182m c B 桥长范围内河槽宽度； cq B36.5 5182.5m cq B 设计水位下，在宽度范围内，桥墩阻水总面积与桥下毛过水面积的比 cq B 值； 1.8 0.49 36.5 b l 本科生毕业设计 10 桥墩水流侧向压缩系数，经查表，由内插可求得；0.98 桥下河槽最大水深（）； cm hm6.0m cm h 单宽流量集中系数；。 d A 0.15 0.15 182 1.33 2 z d z B A H 所以， 0.66 0.9 1241.8182 1.04(1.33)6.09.0m 1148.541 0.0490.98 182.5 p h 冲刷深度9.06.035m ppcm hhh 故不需要计算第二层土中的冲刷深度。 下面按公式（2.7）进行修正 （2.7） 3 5 5 3 cm2 d cjcq 1 6 hQ A Bh E p h d 式中： 桥下河槽部分桥孔过水净宽（m）,本桥桥下河槽能扩宽至全桥，即为全 cj B 桥桥孔过水净宽； 桥下河槽平均水深（m） ； cq h ； 856.59 4.71m 182 c cq c W h B 与汛期含沙量有关的系数，查表得；E0.46E 一般冲刷计算层河槽泥沙平均粒径，查表得。d2mmd 所以， 3 3 5 5 5 5 3 3 cm2 d cjcq 11 66 hQ 1241.86 A 1.33 Bh 0.981794.71 7.27m E0.46 2 p h d 本科生毕业设计 11 冲刷深度7.276.01.275m ppcm hhh 综上，最不利冲刷深度为 9m。 2.5.2 局部冲刷深度计算 河床泥沙起动流速 0.5 0.5 0 0.280.70.2820.70.46m/sVd 一般冲刷后墩前行进流速 2 0.34 0.1 0.1 3 2 1.041 dccm c ccqc ABhQ VV QBh 2 0.34 0.1 0.1 3 1.331241.81826 1.34 1.041148.540.981 0.049182.54.7 1.61m/s 由于，采用公式（2.8）计算 0 VV （2.8） 2 0.60.15 0 21 0 n bp VV hK KBh V 式中： 墩形系数，取；K1.0K 河床颗粒影响系数，； 2 K 0.24 22.2 0.0023 0.3750.443Kd d 桥墩宽，取； 1 B 1 1.8mB 墩前泥沙起动流速9（） ，； 0 Vm/s 0.55 0 0.120.50.199m/sVd 指数，。 2 n 0.23 0.19lg 0 2 0.698 d V n V 所以 0.698 0.60.15 1.61 0.199 1 0.443 1.8 91.916m 0.46 b h 下面按修正公式进行计算 河床泥沙起动流速： 0.50.14 00.72 10